DE102008042172A1

DE102008042172A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems mit mehreren Knoten und Kommunikationssystem mit mehreren Knoten

Info

Publication number: DE102008042172A1
Application number: DE102008042172A
Authority: DE
Inventors: Michael Werner; Bernd Müller; Carsten Gebauer; Manfred Spraul
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-18
Also published as: WO2010031599A1; EP2338248A1; EP2338248B1; ES2805750T3; US8566655B2; CN102160321B; US20110264974A1; CN102160321A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (41) zum Betreiben eines Kommunikationssystems (11) mit mehreren Knoten (13), die auf einen gemeinsamen Kanal (15) des Kommunikationssystems (11) Zugriff haben, wobei bei dem Verfahren (41) ein Übertragungsvorgang (31) zum Übertragen einer Nachricht (33) über den Kanal (15) auf Bitfehler (35) überwacht wird, wobei bei Auftreten eines Bitfehlers (35) eine Signalisierungsnachricht (37) zum Signalisieren des Bitfehlers (35) über den Kanal (15) übertragen wird. Um ein einfach realisierbares Verfahren (41) zum Betreiben eines solchen Kommunikationssystems (11) anzugeben, das eine Steuerung von Kommunikationsvorgängen zwischen den Knoten (13) in Abhängigkeit von einer Bitfehlerhäufigkeit (BER) des Kanals ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass eine Signalisierrate (r) der Signalisierungsnachrichten (37) gemessen wird und in Abhängigkeit von der Signalisierrate (r) eine Bitfehlerhäufigkeit (BER) des Kanals (15) ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems mit mehreren Knoten, die auf einen gemeinsamen Kanal des Kommunikationssystems Zugriff haben, wobei bei dem Verfahren ein Übertragungsvorgang zum Übertragen einer Nachricht über den Kanal auf Bitfehler überwacht wird, wobei bei Auftreten eines Bitfehlers eine Signalisierungsnachricht zum Signalisieren des Bitfehlers über den Kanal übertragen wird.
Im ISO-Standard 11898-1, ”Road vehicles – Controller Area Network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling” ist die Sicherungsschicht des Controller Area Network (CAN) sowie die Signalisierung in der Bitübertragungsschicht des CAN spezifiziert. Dieser Standard spezifiziert als Fehlerrahmen (error frame) bezeichnete Signalisierungsnachrichten zum Signalisieren eines Bitfehlers, der bei einer Datenübertragung aufgetreten ist. In dem Standard ist ferner spezifiziert, dass Knoten die einzelnen auftretenden Fehlerrahmen erfassen und in Abhängigkeit von den erfassten Fehlerrahmen zwischen verschiedenen Zuständen wechseln.
Nachteilig an den bekannten Protokollen des CAN ist, dass mit ihnen eine von einer momentanen Bitfehlerhäufigkeit des Kanals abhängige adaptive Kommunikationssteuerung nicht hinreichend genau möglich ist. Folglich muss eine CAN-Domäne unter Heranziehen einer geschätzten Bitfehlerhäufigkeit des Kanals geplant werden.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach realisierbares Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems mit mehreren über einen gemeinsamen Kanal miteinander verbundenen Knoten anzugeben, das eine Steuerung von Kommunikationsvorgängen zwischen den Knoten in Abhängigkeit von einer momentanen Bitfehlerhäufigkeit des Kanals ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Auswerten der Signalisierungsnachrichten auf einfache Weise eine momentane Bitfehlerhäufigkeit des Kanals geschätzt werden kann, ohne dass hierfür eine Erweiterung von Protokollen des Kommunikationssystems erforderlich wäre. Das Verfahren lässt sich somit einfach realisieren, wobei ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenes Kommunikationssystem mit herkömmlichen Kommunikationssystemen kompatibel bleibt. Zudem benötigt das Verfahren keine zusätzlichen Nachrichten, die über den Kanal übertragen werden müssen. Beim Ausführen des Verfahrens wird der Kanal somit nicht zusätzlich belastet. Des Weiteren handelt es sich um ein digitales Verfahren, für das keine Schätzungen analoger Größen, wie beispielsweise eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, benötigt werden. Das Verfahren eignet sich besonders gut, die momentane Bitfehlerhäufigkeit in schnellen Kommunikationssystemen (z. B. auf dem Gebiet der Telekommunikation) zu ermitteln. Das Verfahren wird insbesondere in Kommunikationssystemen eingesetzt, in denen alle Kommunikationsteilnehmer Reaktionen auf Bitfehler in dem Bitstrom beobachten können. Es wird eine Statistik über die beobachteten Reaktionen geführt, um daraus dann die momentane Bitfehlerhäufigkeit zu ermitteln. Die Übertragung der Nachrichten über das Kommunikationssystem erfolgt vorzugsweise in Datenrahmen. Die momentane Bitfehlerhäufigkeit kann in einem oder mehreren, vorzugsweise in allen Kommunikationsteilnehmern des Kommunikationssystems ermittelt werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Bitfehlerhäufigkeit in Abhängigkeit von einer Kanalbelegung des Kanals und einer Kapazität des Kanals ermittelt wird. Auf diese Weise wird eine Abhängigkeit der Signalisierrate von einer Nutzdatenrate berücksichtigt. Als Kanalbelegung kann hierbei auch ein vorgegebener Wert herangezogen werden. Beispielsweise kann von einer vollen Belegung des Kanals ausgegangen werden.
Ein unerwünschter Einfluss der Kanalbelegung auf einen Wert der geschätzten Bitfehlerhäufigkeit kann vergleichsweise wirkungsvoll dadurch eliminiert werden, dass die Kanalbelegung durch Messen einer Nachrichtenrate von über den Kanal übertragenen Nachrichten, vorzugsweise von fehlerfrei übertragenen Nachrichten, ermittelt wird. Hierbei kann außerdem eine Länge der einzelnen übertragenen Nachrichten erfasst werden oder eine durchschnittliche oder im voraus bekannten Nachrichtenlänge dem Ermitteln der Kanalbelegung zugrunde gelegt werden. Hierdurch wird erreicht, dass der Wert der Bitfehlerhäufigkeit weitgehend unabhängig von der momentanen Kanalbelegung ermittelt wird, das heißt, dass Schwankungen der Kanalbelegung den Wert der ermittelten Bitfehlerhäufigkeit höchstens geringfügig verfälschen. Die vorgeschlagene Beschränkung des Messens der Nachrichtenrate auf fehlerfrei übertragene Nachrichten vereinfacht das Verfahren, ohne dass hierdurch die Genauigkeit dieses Messens und damit die Genauigkeit der ermittelten Bitfehlerhäufigkeit merklich verschlechtert wird.
Es ist zudem denkbar, dass bei der Ermittlung der Kanalbelegung nur ein Teil der über den Kanal übertragenen Nachrichten berücksichtigt wird. Beispielsweise kann nur ein Nutzdatenteil oder nur ein Nachrichtenkopf, insbesondere nur ein Arbitrierungsteil, der Nachricht berücksichtigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Bitfehlerhäufigkeit eine mittlere Bitfehlerhäufigkeit aller Übertragungsvorgänge ermittelt wird. Hierdurch lässt sich das Verfahren mit geringem Aufwand realisieren, da nur ein Wert für die Bitfehlerhäufigkeit vorgehalten werden muss und somit relativ wenig Speicher für die Ausführung des Verfahrens benötigt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen werden, dass als Bitfehlerhäufigkeit die Bitfehlerhäufigkeit derjenigen Übertragungsvorgänge ermittelt wird, bei denen die Nachricht von einem bestimmten Knoten gesendet wird. Hierbei können mehrere Werte für die Bitfehlerhäufigkeit und/oder weitere statistische Größen vorgehalten werden, die verschiedenen bestimmten Knoten zugeordnet werden. Vorzugsweise wird die Bitfehlerhäufigkeit für jeden Knoten des Kommunikationssystems ermittelt. Obwohl jeder an das Kommunikationssystem angeschlossene Knoten die Bitfehlerhäufigkeit des von dem bestimmten Knoten gesendeten Übertragungen ermitteln kann, indem er diese Übertragungen abhört, ist bevorzugt, dass der bestimmte Knoten die Bitfehlerhäufigkeit der von ihm selbst gesendeten Übertragungen ermittelt. Insgesamt wird dadurch, dass die Bitfehlerhäufigkeit für den bestimmten Knoten ermittelt wird, eine genauere Information über die Kommunikationsbedingungen dieses Knotens bereitgestellt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Bitfehlerhäufigkeit des Kanals für ein bestimmtes Zeitintervall zu bestimmen. Es ist somit bevorzugt, dass ein Zeitintervall, vorzugsweise durch einen Startbefehl zum Starten des Intervalls und ein Stoppbefehl zum Beenden des Intervalls, vorgegeben wird, für das die Bitfehlerhäufigkeit ermittelt wird.
Es ist besonders bevorzugt, dass ein Kommunikationsverhalten zumindest eines Knotens in Abhängigkeit von der ermittelten Bitfehlerhäufigkeit adaptiert wird. Auf diese Weise kann das Kommunikationssystem an die sich mit der Zeit ändernde Bitfehlerhäufigkeit dynamisch angepasst werden. Ist die Bitfehlerhäufigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt relativ hoch, dann können ein oder mehrere Knoten für ihre Übertragungen ein Format von Nutzdatenblöcken wählen, bei dem ein Anteil an Prüfbits an dem gesamten Nutzdatenblock relativ groß ist, so dass trotz der hohen Bitfehlerhäufigkeit eine relativ geringe Restfehlerwahrscheinlichkeit bei der Übertragung erreicht wird. Generell kann in Abhängigkeit von der ermittelten Bitfehlerhäufigkeit ein Zeitpunkt und der Inhalt einer einzelnen Übertragung angepasst werden. Beispielsweise können bei einer hohen Bitfehlerhäufigkeit relativ unwichtige oder nicht zeitkritische Übertragungen zurückgestellt werden, so dass eine Überlastung des Kommunikationssystems aufgrund einer durch die hohe Bitfehlerhäufigkeit verminderte Nutzdatenrate des Kanals vermieden wird. Es kann auch vorgesehen werden, dass Übertragungen, die nicht auf eine erhöhte Bitfehlerhäufigkeit angepasst werden können, wie sie beispielsweise bei Anwendungen mit einer geringen Fehlertoleranzzeit auftreten, vermieden werden, solange die Bitfehlerhäufigkeit relativ hoch ist. Folglich muss das Kommunikationssystem nicht mehr statisch unter einer angenommenen, relativ konservativ geschätzten Bitfehlerhäufigkeit ausgelegt werden, wodurch der Nutzdurchsatz des Kommunikationssystems erhöht wird, da aufwendige Absicherungsmaßnahmen gegen die Bitfehler lediglich für den Fall, dass die Bitfehlerhäufigkeit hoch ist, angewendet werden müssen.
Bei dem Kommunikationssystem kann es sich um ein Bussystem, vorzugsweise um ein in der Kraftfahrzeugtechnik verwendetes Bussystem, wie beispielsweise eine CAN-Domäne, handeln.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe wird ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Bei einem solchen Kommunikationssystem werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert.
Hierbei ist besonders bevorzugt, dass das Kommunikationssystem, insbesondere die Überwachungsmittel und die Signalisiermittel, zum Ausführen eines oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Weiter ist bevorzugt, dass mindestens ein Knoten, vorzugsweise mehrere oder alle Knoten, die Messeinrichtung umfasst. Es können also mehrere Messeinrichtungen vorgesehen werden, die verschiedenen Knoten zugeordnet sind oder in diesen angeordnet sind. Die Bitfehlerrate kann somit von mehreren oder allen Knoten des Kommunikationssystems ermittelt werden. Hierdurch ergibt sich ein Kommunikationssystem bei dem die Bitfehlerhäufigkeit in mehreren Stellen des Systems und somit fehlertolerant bestimmt wird.
Hierbei ist es denkbar, dass die Messeinrichtung in einen Kommunikationscontroller des Knotens integriert ist. Beispielsweise können – falls es sich bei dem Kommunikationssystem um eine CAN-Domäne handelt – als Kommunikationscontroller ein CAN-Controller vorgesehen werden, der um die Messeinrichtung erweitert ist. Eine ohnehin notwendige Einrichtung des Kommunikationscontrollers zum Erkennen der Signalisierungsnachricht in Form des von den Protokollen des CAN vorgesehenen Fehlerrahmens kann von der Messeinrichtung mitbenutzt werden.
Es kann auch vorgesehen werden, dass die Messeinrichtung als ein separates Bauteil, vorzugsweise als ein ASIC, ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, dass in dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem herkömmliche Bauteile, wie beispielsweise herkömmliche Kommunikationscontroller, verwendet werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Knotens des Kommunikationssystems aus 1;
3 eine schematische Darstellung eines Knotens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Kommunikationssystems aus 1; und
5 ein Detail aus dem Flussdiagramm von 4.
1 zeigt ein Kommunikationssystem 11, das mehrere Knoten 13 aufweist, die an eine gemeinsame Busleitung 15 angeschlossen sind. Bei dem Kommunikationssystem 11 handelt es sich um eine CAN-Domäne, wobei die Busleitung 15 einen gemeinsamen Kanal des Kommunikationssystems 11 bildet, auf den alle Knoten 13 Zugriff haben. Eine Kanalkapazität c der Busleitung 15 beträgt in der gezeigten Ausführungsform c = 500 kbit/s.
In 2 ist ein möglicher Aufbau des Knotens 13 dargestellt. Man erkennt, dass die Busleitung 15, wie beim CAN üblich, ein Adernpaar 17 zur Datenübertragung zwischen den Knoten 13 umfasst. Das Adernpaar 17 der Busleitung 15 ist an einen CAN-Transceiver 19 des Knotens 13 angeschlossen. Ein Ausgang des CAN-Transceivers 19 ist mit einem Eingang eines CAN-Controllers 21 des Knotens 13 verbunden. Ein Ausgang des CAN-Controllers 21 ist mit einem Eingang des CAN-Transceivers 19 verbunden.
Des Weiteren weist der Knoten 13 eine Messeinrichtung 23 zum Ermitteln einer Bitfehlerhäufigkeit auf. Ein Eingang der Messeinrichtung 23 ist ebenfalls mit dem Ausgang des CAN-Transceivers 19 verbunden.
Schließlich umfasst der Knoten 13 einen als ein Mikrocontroller 25 ausgebildeten Mikrocomputer auf, an den der CAN-Controller 21 und die Messeinrichtung 23 angebunden sind.
Die Messeinrichtung 23 ist in der in 2 gezeigten Ausführungsform als ein gesondertes Bauteil in Form eines ASICs ausgebildet. Abweichend hiervon kann die Messeinrichtung 23 auch als ein programmierbarer Logikbaustein (PLD), der entsprechend programmiert ist, ausgebildet sein.
3 zeigt ein weiteres Beispiel eines Knotens 13, bei welchem der CAN-Controller 21 und die Messeinrichtung 23 in einem einzigen Peripheriebaustein 27 integriert sind. Die Verschaltung der einzelnen Baugruppen 19, 21 und 23 des Knotens 13 untereinander entspricht der oben angegebenen Verschaltung der Bauteile 19, 21 und 23 des in der 2 gezeigten Knotens 13. Allerdings sind der CAN-Controller 21 und die Messeinrichtung 23 nicht getrennt voneinander, sondern über eine Schnittstellenlogik 29 an den Mikrocontroller 25 angebunden. Der Peripheriebaustein 27 kann als integrierte Schaltung, beispielsweise als ein ASIC oder als ein entsprechendes programmierter PLD realisiert sein.
Beim Betrieb des Kommunikationssystems 11 übertragen die einzelnen Knoten 13 gemäß den Protokollen des CAN Nachrichten in Form von Datenrahmen 33 über die Busleitung 15.
Ein solcher Datenrahmen 33 umfasst einen Nachrichtenkopf mit einem Arbitrierungsteil und kann ein Nutzdatenfeld zum Übertragen von Nutzdaten aufweisen. Ein entsprechender Übertragungsvorgang 31 ist in der 1 schematisch als ein gestrichelter Pfeil dargestellt, wobei ein übertragener Datenrahmen 33 – ebenfalls schematisch – als ein Rechteck 33 eingezeichnet ist. Der Aufbau des Datenrahmens 33, entspricht den Vorgaben der allgemein bekannten und standardisierten Protokolle des CAN. Der in 1 angezeichnete Datenrahmen 33 weist einen Bitfehler 35 auf. Sobald einer der Knoten 13 den Bitfehler 35 erkennt, sendet er eine Signalisierungsnachricht in Form eines Fehlerrahmens 37 (error frame 37), um den Bitfehler 35 über die Busleitung 15 sämtlichen Knoten 13 anzuzeigen.
Innerhalb der Knoten 13 stellt der Mikrocontroller 25 für den CAN-Controller 21 einen zu übertragenden Nutzdatenblock bereit, und der CAN-Controller 21 verpackt den Nutzdatenblock in einen geeigneten Datenrahmen 33 und überträgt diesen zum CAN-Transceiver 19, der den Datenrahmen 33 dann über das Adernpaar 17 der Busleitung 15 ausgibt. Zum Empfangen von Daten über die Busleitung 15 wertet der CAN-Transceiver 19 Signale am Adernpaar 17 der Busleitung 15 aus und erzeugt an seinem Ausgang ein einem empfangenen Datenrahmen 33 beziehungsweise einem empfangenen Fehlerrahmen 37 entsprechendes Signal und stellt dieses dem CAN-Controller 21 und der Messeinrichtung 23 zur Verfügung. Der CAN-Controller 21 führt Datenverarbeitungsschritte gemäß den Protokollen des CAN durch und stellt den über den Datenrahmen 33 übertragenen Nutzdatenblock dem Mikrocontroller 25 zur Verfügung. Auf dem Mikrocontroller 25 ablaufende Anwendungsprogramme können im Nutzdatenblock enthaltene Nutzdaten weiterverarbeiten und gegebenenfalls an andere Knoten 13 zu übertragende Nutzdaten in Form eines weiteren Nutzdatenblocks an den CAN-Controller 21 übertragen.
Da die Messeinrichtung 23 an den Ausgang des CAN-Transceivers 19 angeschlossen ist, werden der Messeinrichtung 23 sämtliche über die Busleitung 15 übertragenen Datenrahmen 33 und Fehlerrahmen 37 übermittelt. Durch Auszählen der an die Messeinrichtung 23 übermittelten Fehlerrahmen 37 berechnet die Messeinrichtung 23 eine Bitfehlerhäufigkeit des durch die Busleitung 15 bereitgestellten Kanals. Die berechnete Bitfehlerhäufigkeit wird vom Mikrocontroller 25 aus der Messeinrichtung 23 ausgelesen, so dass ein Kommunikationsverhalten von vom Mikrocontroller 25 ausgeführten Anwendungsprogrammen angepasst werden kann.
Im Folgenden wird ein Verfahren 41 zum Betreiben des Kommunikationssystems 11, insbesondere zum Ermitteln der Bitfehlerhäufigkeit sowie zum Anpassen des Kommunikationsverhaltes anhand der 4 und 5 näher erläutert. Nach einem Start 43 des Verfahrens 41 wird ein Warteschritt 45 ausgeführt, bei dem auf einen Startbefehl c_start, der von dem Mikrocontroller 25 generiert wird, gewartet wird.
Sobald die Messeinrichtung 23 den Startbefehl c_start erhalten hat, werden ein erster Messvorgang 47, ein zweiter Messvorgang 49 sowie ein Wartevorgang 51 gleichzeitig ausgeführt. Im ersten Messvorgang 47 ermittelt die Messeinrichtung 23 eine Anzahl n_err der Fehlerrahmen 37, welche sie über ihren Eingang während eines Messintervalls t empfangen hat. Im zweiten Messvorgang 49 ermittelt die Messeinrichtung 23 eine Anzahl n_pl der von ihr während des Messintervalls t bitfehlerfrei empfangenen Datenrahmen 33. Hierbei kann im zweiten Messvorgang 49 auch eine mittlere Länge der Datenrahmen 33 oder die einzelnen Längen der empfangenen Datenrahmen 33 ermittelt werden. Im Wartevorgang 51 wartet die Messeinrichtung 23 darauf, dass der Mikrocontroller 25 einen Stoppbefehl c_stop zu der Messeinrichtung 23 überträgt. Sobald die Messeinrichtung 23 den Stoppbefehl c_stop empfangen hat, beendet sie die Vorgänge 47, 49, 51 und beginnt mit der Abarbeitung eines Schritts 53.
Eine Dauer des Messintervalls t, für das die beiden Messvorgänge 47, 49 ausgeführt werden, wird also durch einen zeitlichen Abstand zwischen dem Startbefehl c_start und dem Stoppbefehl c_stop bestimmt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist die Dauer des Messintervalls t fest vorgegeben, das heißt im Vorgang 51 wird eine vorbestimmte Zeitdauer lange gewartet, bis die Vorgänge 47, 49 und 51 beendet werden. in diesem Fall kann auch der Warteschritt 45 entfallen, so dass die Vorgänge 47, 49, 51 regelmäßig für die vorgegebene Zeitdauer wiederholt ausgeführt werden, ohne dass der Mikrocontroller 25 hierfür die Befehle c_start bzw. c_stop an die Messeinrichtung 23 senden muss.
Im Schritt 53 wird in Abhängigkeit von der ermittelten Anzahl n_pl der Datenrahmen 33, die erfolgreich, das heißt ohne Bitfehler 35, übertragen wurden, eine Busbelegung ρ ermittelt. Unter der Busbelegung ρ ist die relative Nutzungsdauer der Busleitung 15 für Bitübertragungen, insbesondere Übertragungen von Datenrahmen 33 oder Fehlerrahmen 37, verstehen. Der Einfachheit halber werden hierbei die mit Bitfehler 35 übertragenen Datenrahmen 33 sowie die Fehlerrahmen 37 vernachlässigt. Das heißt, zum Ermitteln der Busbelegung ρ werden nur die fehlerfrei übertragenen Datenrahmen 33 berücksichtigt. Jedoch können die mit Bitfehler 35 übertragenen Datenrahmen 33 und die Fehlerrahmen 37 in einer anderen Ausführungsform berücksichtigt werden.
In einem auf den Schritt 53 folgenden Schritt 55 wird ein Mittelwert n_err,avg der empfangenen Fehlerrahmen 37 gebildet. Der Mittelwert n_err,avg wird aus mehreren Werten n_err, die in aufeinanderfolgenden ersten Messvorgängen 47 ermittelt wurden, berechnet. Hierbei kann der Mittelwert n_err,avg als eine Konvexkombination dieser ermittelten Werte n_err gebildet werden, so dass es sich bei dem Mittelwert n_err,avg um einen gleitenden Mittelwert handelt. Die einzelnen Werte n_err können hierbei beliebig gewichtet werden. Beispielsweise können für den Fall, dass zwei Werte n_err bei der Mittelwertbildung berücksichtigt werden sollen, diese jeweils mit 1/2 gewichtet werden. Abweichend von der gleichmäßigen Gewichtung ist auch eine ungleichmäßige Gewichtung beispielsweise eine Gewichtung mit exponentiell abnehmenden Gewichtungskoeffizienten denkbar, wobei weiter zurückliegende Werte n_err schwächer gesichtet werden, als nicht so weit zurückliegende Werte n_err. Insbesondere kann der gleitender Mittelwert n_err,avg aus dem momentanen Wert n_err und dem zuletzt berechneten Mittelwert n_err,avg,prev unter Anwendung der folgenden Gleichung ermittelt werden: nerr,avg = α·nerr + (1 – α)·nerr,avg,prev.
Beispielsweise kann α = 0,5 gewählt werden. Damit ergibt sich: nerr,avg = ½(nerr + nerr,avg,prev).
Nach dem Schritt 55 wird ein Schritt 56 ausgeführt, bei dem unter Berücksichtigung der Dauer des Messintervalls t eine Signalisierrate r, das heißt die mittlere Anzahl n_err,avg der Fehlerrahmen 37 bezogen auf die Dauer t des Messintervalls berechnet wird.
Anschließend wird in einem Schritt 57 die Bitfehlerhäufigkeit BER in Abhängigkeit von der mittleren Anzahl n_err,avg der Fehlerrahmen 37, der Kanalbelegung ρ sowie der Kanalkapazität c der Busleitung 15 berechnet. Die Signalisierrate r entspricht einer Bitfehlerrate (Bitfehler pro Zeiteinheit) der Busleitung 15. Die Bitfehlerhäufigkeit BER kann somit beispielsweise mittels der Formel
berechnet werden. Selbstverständlich kann als Bitfehlerrate auch die Signalisierrate r pro übertragenen Datenpaketen ermittelt werden.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform wird die Kanalbelegung ρ nicht ermittelt sondern eine konstante, vorgegebene Kanalbelegung zum Berechnen der Bitfehlerhäufigkeit herangezogen, sodass der Schritt 53 entfallen kann. Beispielsweise ergibt sich unter der Prämisse eines vollbelegten Busses (= 1) bei einer Kanalkapazität von beispielsweise c = 500 kBit/s und einer mittleren Signalisierrate von r = 500 s^–1 unter Anwendung der obigen Formel eine Bitfehlerhäufigkeit von BER = 10^–3.
Auf den Schritt 57 folgt eine Prozedur 59, in der das Kommunikationsverhalten des Knotens 13 in Abhängigkeit von der Bitfehlerhäufigkeit BER angepasst wird. Anschließend wird das Verfahren 41 erneut ausgeführt, indem zum Schritt 45 zurückgesprungen wird. Die Anzahl der Fehlerrahmen n_err und die Anzahl n_pl der fehlerfrei übertragenen Datenrahmen 33 werden somit wiederholt und für verschiedene Intervalle gemessen.
In der Prozedur 59 können Systemzustände des Knotens 13 gezielt auf der Basis der Bitfehlerhäufigkeit BER verändert werden. Hierbei kann vorgesehen werden, dass ein momentaner Wert der Bitfehlerhäufigkeit BER mit Schwellwerten verglichen wird und auf der Basis dieser Vergleiche der Systemzustand des Knotens 13 beibehalten oder verändert wird. Die Vergleiche können periodisch oder als Reaktion auf einen bestimmten Anfragebefehl durchgeführt werden. Es kann auch vorgesehen werden, dass der Knoten 13 ein Notbetrieb durchführt oder sich abschaltet, wenn bzw. solange die Bitfehlerhäufigkeit BER größer als der Schwellwert ist.
In 5 ist eine mögliche Realisierung der Prozedur 59 dargestellt. In einem Schritt 61 wird die Bitfehlerhäufigkeit BER mit einem Schwellwert Th verglichen. Anschließend wird in einer Verzweigung 63 in Abhängigkeit von dem Vergleichen 61 entschieden, ob der Systemzustand des Knotens 13 beibehalten werden soll (Schritt 65) oder ob in einen anderen Systemzustand gewechselt werden soll (Schritt 67).
In der gezeigten Ausführungsform werden sämtliche Schritte des Verfahrens 41 mit Ausnahme der Prozedur 59 von der Messeinrichtung 23 ausgeführt. Die Prozedur 59 läuft auf dem Mikrocontroller 25 ab. Abweichend hiervon können jedoch auch weitere Schritte des Verfahrens 41 anstelle auf der Messeinrichtung 23 vom Mikrocontroller 25 ausgeführt werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Mikrocontroller 25 die Schritte 53, 55, 56 und 57, die die in den Schritten 47 und 49 erfassten Werte n_err und n_pl statistisch auswerten, ausführt sodass die Messeinrichtung 23 nur Daten erfassen muss, jedoch keine relativ aufwändigen Berechnungen zu deren Auswertung durchzuführen braucht.
In der gezeigten Ausführungsform wird in jedem Knoten 13 die mittlere Bitfehlerhäufigkeit über für alle Übertragungsvorgänge 31 ermittelt. Abweichend hiervon wird in einer anderen Ausführungsform in jedem Knoten 13 die Bitfehlerhäufigkeit BER lediglich für diejenigen Übertragungsvorgänge 31 ermittelt, bei denen der entsprechende Knoten 13 einen Datenrahmen 33 sendet. Generell ist das Verfahren 41 derart verteilt realisierbar, dass es auf mehreren Knoten 13 oder allen Knoten 13 des Kommunikationssystems 11 ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO-Standard 11898-1 [0002]

Claims

Verfahren (41) zum Betreiben eines Kommunikationssystems (11) mit mehreren Knoten (13), die auf einen gemeinsamen Kanal (15) des Kommunikationssystems (11) Zugriff haben, wobei bei dem Verfahren (41) ein Übertragungsvorgang (31) zum Übertragen einer Nachricht (33) über den Kanal (15) auf Bitfehler (35) überwacht wird, wobei bei Auftreten eines Bitfehlers (35) eine Signalisierungsnachricht (37) zum Signalisieren des Bitfehlers (35) über den Kanal (15) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalisierrate (r) der Signalisierungsnachrichten (37) gemessen wird und in Abhängigkeit von der Signalisierrate (r) eine Bitfehlerhäufigkeit (BER) des Kanals (15) ermittelt wird.
Verfahren (41) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitfehlerhäufigkeit (BER) in Abhängigkeit von einer Kanalbelegung (ρ) des Kanals (15) und einer Kapazität (c) des Kanals (15) ermittelt wird.
Verfahren (41) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbelegung (ρ) durch Messen einer Nachrichtenrate (n_pl) von über den Kanal (15) übertragenen Nachrichten (33), vorzugsweise von fehlerfrei übertragenen Nachrichten (33), ermittelt wird.
Verfahren (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bitfehlerhäufigkeit (BER) eine mittlere Bitfehlerhäufigkeit (BER) aller Übertragungsvorgänge (31) ermittelt wird.
Verfahren (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bitfehlerhäufigkeit (BER) die Bitfehlerhäufigkeit (BER) derjenigen Übertragungsvorgänge (31) ermittelt wird, bei denen die Nachricht (33) von einem bestimmten Knoten (13) gesendet wird.
Verfahren (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitintervall, vorzugsweise durch einen Startbefehl (c_start) zum Starten des Intervalls und ein Stoppbefehl (c_stop) zum Beenden des Intervalls, vorgegeben wird, für das die Bitfehlerhäufigkeit (BER) ermittelt wird.
Verfahren (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kommunikationsverhalten zumindest eines Knotens (13) ins Abhängigkeit von der ermittelten Bitfehlerhäufigkeit (BER) adaptiert wird.
Verfahren (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kommunikationssystem um ein Bussystem, vorzugsweise um eine CAN-Domäne (11) handelt.
Kommunikationssystem (11) mit mehreren Knoten (13), die auf einen gemeinsamen Kanal (15) des Kommunikationssystems (11) Zugriff haben und wobei zumindest ein Knoten (13) Mittel (21) zum Überwachen eines Übertragungsvorgangs (31) zum Übertragen einer Nachricht (33) über den Kanal (15) auf Bitfehler (35) und zum Übertragen einer Signalisiernachricht (37) zum Signalisieren eines aufgetretenen Bitfehlers (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (11) mindestens eine Messeinrichtung (23) zum Messen einer Signalisierrate (r) der Signalisiernachrichten (37) und zum Ermitteln der Bitfehlerhäufigkeit (BER) in Abhängigkeit von der Signalisierrate (r) umfasst.
Kommunikationssystem (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (11) zum Ausführen eines Verfahren (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
Kommunikationssystem (11) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Knoten (13) die Messeinrichtung (23) umfasst.
Kommunikationssystem (11) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (23) in einen Kommunikationscontroller (21) des Knotens (13) integriert ist.
Kommunikationssystem (11) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (23) als ein separates Bauteil, vorzugsweise als ein ASIC, ausgebildet ist.